DE2936936A1

DE2936936A1 - Optisch-elektronische anordnung zum ueberwachen kritischer drehzahlen rotierender einrichtungen

Info

Publication number: DE2936936A1
Application number: DE19792936936
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Ingrid 8000 München Fromm
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-09-12
Filing date: 1979-09-12
Publication date: 1981-04-02

Description

Optisch-elektronische Anordnung zum Überwachen
kritischer Drehzahlen rotierender Einrichtungen Die vorliegende Erfindung trifft eine optiscn-eektronische Anordnung zum Überwachen kritischer Drehzahlen rotierender Einrichtungen.
Bei schnell bewegten Rotoren, wie beispielsweise Turbinen, Zentrifugen, Maschinenwellen usw. tritt häufig das Problem auf, daß eine bestimmte kritische Drehzahl nicht überschritten oder die betreffende Einrichtung nicht im Bereich einer kritischen Drehzahl betrieben werden darf.
Bisher bekannte Methoden zur Drehzahlmessung bzw. Drehzahlüberwachung bedienen sich entweder rein mechanischer oder elektromagnetischer Hilfsmittel. Die Meßverfahren mittels rein mechanischer Hilfsmittel haben bekannte Nachteile, wie relativ hoher Verschleiß und damit kurze Lebensdauer und darüber hinaus den Nachteil, daß sie auf Grund der notwendigen mechanischen Kopplung mit dem zu überwachenden Rotor jeweils ausschließlich am Standort der zu überwachenden Einrichtung installiert sein müssen. Elektromagnetische Drehzahlmeßverfahren haben zwar den Vorteil gegenüber rein mechanischen Drehzahlmeßverfahren, daß sie nicht im Hinblick auf ihre räumliche Anordnung an den Aufstellungsort der zu überwachenden Maschine gebunden sein müssen. Es kann aber in bestimmten Prallen nachteilig sein, daß zwischen der zu überwachenden Einrichtung und der messenden ur.d/oder anzeigenden Einrichtung eine elektrische Verbindung besteht.
Der vorliegenden erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optisch-eleroische Anordnung zum Überwacen kritischer Drehzahlen rotIerender Ei.nriaungen zu schaffen, die die oben erwähnten Nachteile nicht aufweist. Es soll eine verschleißfreie Anordnung zur Verfügung gestellt werden, die weder an den Aufstellungsort der zu überwachenden Einrichtung gebunden ist noch eine elektrische Verbindung mit der zu überwachenden Einrichtung benötigt.
Die erfindungsgemäße optisch-elektronische Anordnung zum Überwachen kritischer Drehzahlen rotierender Einrichtungen ist dadurch gekennzeichnet, daß an einem zu überwachenden Rotor zumindest ein Reflektor in Nähe des Umfanges des Rotors angeordnet ist, daß in einem Abstand und unter einem geeigneten Einfallswinkel zu dem Reflektor eine Lichtquelle oder das Ende eines Lichtwellenleiters angeordnet ist, die einen Eingangsstrahl in Richtung des Reflektors sendet, daß ein Lichtwellenleiter in einem geeigneten Abstand und unter einem geeigneten Ausfallswinkel in Bezug auf den Reflektor so angeordnet ist, daß ein Ausgangsstrahl, der durch Reflexion am Reflektor entsteht, auf die Eingangsstirnfläche des Lichtwellenleiters trifft und daß an den Lichtwellenleiter ein optoelektrischer Wandler angeschlossen ist, dessen elektrischer Ausgang über eine Impulsleitung mit einer elektronischen Zähl- und Auswerteeinrichtung verbunden ist, an deren Signalausgang eine Schaltvorrichtung zum Ein - oder Ausschalten eines Schallgebers angeschlossen ist.
Die erfindungsgemäße optisch-elektronische Anordnung hat den Vorteil, daß keine mechanisch beEgUen Teile benötigt werden, daß zwischen der zu ber" cnenaen zinrichtung und der optisch-elektronischen Anordnung einer lel elektrische VerbIndung benötigt wird und daß die optisch-elektronische Anordnung an einem von dem Rotor entfernten Ort, insbesondere in einem Kontrollraum, angeordnet sein kann.
Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung betreffenden Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen optischen Anordnung mit einem an dem zu überwachenden Rotor 1 angeordneten Reflektor 2, einer Lichtquelle 3, die über einen Eingangsstrahl 4 und einen Ausgangsstrahl 5 über einen Lichtwellenleiter 6 auf einen optoelektrischen Wandler 7 wirkt, an dessen elektrischen Ausgang über eine Impulsieltung 8 ein Zählbaustein 9 angeschlossen ist.
Die binären Ausgänge des Zählbausteins 9 sind mit den Signaleingängen eines Decoders 10 verbunden. Eine Anzahl wertmäßig benachbarter Signalausgänge 10 sind an Signaleingänge eines ODER-liedes 14 geführt, dessen Signalausgang mit einem S gnaleingang des UIS-Gliedes 15 verbunden ist. Für die elektronische Zähl- und Auswerteeinrichtung ist ferner ein Zeitgeber 11 vorgesehen, mittels dessen über eine Steuerleitung 12 Rücksetzsignale an den Rücksetzeingang des Zählbausteins lieferbar sind. Die Steuerleitung 12 ist au3eraem mit dem Sgnaleingang eines Nicht-Gliedes 13 verbunden. Der Signalausgang des Nicht-Gliedes 3 ist auf einen weiteren Signaleingang des UND-Gliedes 15 geleg. Der Ignalausgang des UND-Gliedes 15 ist mit dem Signaleingang einer Schaltvorrichtung 16 verbunden. An die AusgangslK'ermen der Schaltvorrichtung 16 ist ein Schallgeber 17 angeschlossen.
De eflektor 2 kann entweder als Spiegel oder als Glasprisma realisiert sein. An diesem Reflektor 2 wird der Eingangsstrahl 4 jeweils in einer bestimmten Drehstellung des Rotors 1 reflektiert. Diese Reflexion erfolgt entsprechend der Rotorbewegung, wobei das reflektierte Licht ein der Drehzahl des Rotors entsprechendes gepulstes Licht darstellt. Dieses gepulste Licht wird über den Lichtwellenleiter 6 an den opto-elektrischen Wandler 7 geliefert.
Zu dem Signaleingang des Zählbausteins 9 werden Impulse, deren Anzahl innerhalb einer vom Zeitgeber 11 vorgebbaren Zeitspanne der Pulsfrequenz des Ausgangsstrahls 5 entspricht, geliefert. Der Zeitgeber 11 liefert fortlaufend über die Steuerleitung 12 Steuerimpulse einstellbarer Länge. Mit der Anstiegsflanke eines solchen Impulses wird der Zählbaustein 9 jeweils in seine Ausgangsstellung zurückgesetzt. Durch die während der Zeitspanne, die der Länge des Steuerimpulses entspricht, über die Impulsleitung 8 gesendeten Impulse wird der Zählbausten 9 in die betreffende Zählstellung gebracht. Der mit seinen Signaleingängen an die binären Signalaugänge des Zählbausteins 9 angeschlossene Decoder 10 gibt jeweils über einen der an das ODER-Glied 14 angeschlossenen Signalausgänge ein Signal ab, sofern einer dieser Signalausgänge des Decoders 10 durch eine entsprechende Zählstellung des Zählbausteins 9 aktiviert ist. Am Ende des Steuerimpulses, mit dem auf der Steuerleitung 12 ein dem Binärwert 0 entsprechender Pegel eingestellt wIrd, entsteht am Signalausgang des Nicht-Gliedes 13 ein Signal mit dem Binärwert 1. Sind während der Drehzahl-Bewertungszeitspanne so viele Impulse an den Signaleingang des Zählbausteins 9 geliefert worden, daß einer der Signalausgänge des Decoders, die an die Signaleingänge des ODEP.-Gliedes 14 angeschlossen sind, aktiviert ist, entsteht wegen der Koinzidenz der beiden Eingangssignale am Signalausgang des UND-Gliedes 15 ein Sigal mit dem Binärwert 1. Dieses Ausgangssignal des UND-Gliedes 15 aktiviert die Schaltvorrichtung 16, so daß der an die Ausgangsklemmen dieser Schaltvorrichtung 16 angeschlossene Schallgeber 17 einen Warnton abgibt.
Der optoelektrische Wandler ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Fotoelement realisiert.
Eine5eiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der optoelektrische Wandler als Fotodiode realisiert ist.
Die Lichtquelle 3 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Kohärenzlichtquelle, nämlich als Laserdiode, realisiert.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Lichtquelle 3 als Inkohärenzlichtquelle, beispielsweise als lichtemittierende Diode LED, realisiert ist.
Die Lichtquelle 3 kann gemäB der Erfindung entweder ein Dauerlicht abgeben oder entsprechend der kritischen Drehzahl der zu überwachenden Einrichtung gepulstes Licht abgeben.
Der Lichtwellenleiter 6 kann erfindungsgemäß entweder aus einem Einfaser- oder aus einem Mehrfaserlichtwellenleiter bestehen.
Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch ihre besondere Einfachheit, ihre Verschleißfestigkeit und dadurch aus, daß keinerlei elektrische Verbindungen zwlschen den betreffenden Maschinenraum und einem gens.
vorhandenen XontröILraum bestehen muß.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist in einem anderen Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß mehrere Reflektoren gleichmäßig verteilt auf dem Rotor angebracht sind, so daß ene günstige Abstimmung zwischen der betreffenden kritischen Drehzahl und dem Zeitgeber und/oaer dem Zählbaustein ermöglicht ist.
Die beschriebene Zähl- und Auswerteeinrichtung ist geeignet, für Drehzahlen innerhalb eines bestimmten kritischen Drehzahlbereiches ein Warnsignal zu veranlassen.
Durch Verknüpfung aller oberhalb einer Schwellgrenze liegenden Signalasgänge des Decoders 10 ist es außerdem möglich, ein Warnsignal bei jeder beliebigen Drehzahl oberhalb einer kritischen Drehzahl abzugeben.
Die vorliegende Erfindung ist durch entsprechend vorzusehende zusatzliche EinrIchtungen auch dazu geeignet, eind Drehzahlmessung über den gesamten Drehzahlbereich der zu überwachenden Einrichtung vorzunehmen.
14 Ansprüche 1 Figur

Claims

Patentansprüche 1. Optisch-elektronische Anordnung zum Überwachen kritischer Drehzahlen rotierender EinrIchtungen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß an einem zu überachenden Rotor (1) zumindest ein Reflektor (2) in Nähe des Umfanges des Rotors (1) angeordnet ist, daß in einem Abstand und unter einem geeigneten Einfallswinkel zu dem Reflektor (2) eine Lichtquelle (3) oder das Ende eines Lichtwellenleiters angeordnet ist, die einen Eingangsstrahl (4) in Richtung des Reflektors sendet, daß ein Lichtwellenleiter (6) in einem geeigneten Abstand und unter einem geeigneten Ausfallswinkel in Bezug auf den Reflektor (2) so ar.geordnet ist, daß ein Ausgangsstrahl (5), der durch Reflexion am Reflektor (2) entsteht, auf die Eingangsstinfläche des Livhtwellenleiters (6) trifft und daß an den Licftwellenleiter (6) ein o-soelektrischer Wand er (7) angeschlossen ist, dessen elektrischer Ausgang über eine Impulsleitung (8) mit einer elektronischen Zähl- und Auswerteeinrlchtung verbunden ist, an deren Signalausgang eine Schaltvorrichtung (16) zum ein oder Ausschalten eines Schallgebers (17) angeschlossen ist.
2. Optisch-elektronische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Zähl- und Auswerteeinrichtung einen an sich bekannten Zählbaustein (9) enthält, zu dessen Signaleingang entsprechend der Pulsfrequenz des Ausgangsstrahls (5) eine Anzahl von elektrischen Impulsen in einer vorgebbaren Zeitspanne übertragen werden, daß die binären Sialausgänge des Zählbausteins (9) mit den Signaleingängen eines Decoders (10) verbunden sind und daß eine Anzahl wertmäßig benachbarter Signalausgänge des Decoders (10) an Signaleingänge eines ODER-Gliedes (14) geführt sind, de ssen Signalausgang mittelbar mit dem Signaleingang der Schaltvorrichtung (16) verbunden ist.
3. Optisch-elektronische Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die elektronische Zähl- und Auswerteeinrichtung ein Zeitgeber (11) vorgesehen ist, mittels dessen über eine Steuerleitung (12) Rücksetzsignale an den Rücksetzeingang des Zählbausteins (9) liferbar sind, daß die Steuerleitung (12) mit dem Signaleingang eines Nicht-Gliedes (13) verbunden ist und daß der Signalausgang des Nicht-Glieaes (13) und der Signalausgang des ODER-Gliedes (14) jeweils auf einen Signalein -gang eines UND-Gliedes (15) gelegt sind, dessen Signalausgang mit dem Signaleingang der Schaltvorrichtung (16) verbunden ist.
4. Optisch-elektronische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB der optoeletrische Wandler (7) als Fotoelement realisiert ist.
5. Optisch-elektronische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optoelektrische Wandler (7) als Fotodiode realisiert ist.
6. Optisch-elektronische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (3) eine Kohärenzlichtquelle ist.
7. Optisch-elektronische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (3) eine Inkohärenzlichtquelle ist.
8. Optisch-elektronische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (2) als Spiegel realisiert ist.
9. Optisch-elektronische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (2) als Glasprisma realisiert ist.
10. Optische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (2) als teilweise Verspiegelung der Rotoroberfläche realisiert ist.
11. Optisch-elektronische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichwellenleiter (6) aus einem Mehrfaserlichtwellenleiter besteht.
12. Optiscri-elektronische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (3) Dauerlicht abgibt.
13. Optisch-elektronische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (3) entsprechend der kritischen Drehzahl gepulstes Licht abgibt,
14. Optisch-elektronische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der optoelektronische Wandler (7) die Zähl- und Auswerteeinrichtung, die Schaltvorrichtung (16) und der Schallgeber (17) an einem von dem Rotor (1) entfernten Ort, insbesondere in einem Kontrollraum, angeordnet sind.